JP2012110227A - Pmシンクロナスモータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロータの永久磁石により形成されてマグネットトルクを発生するための永久磁石3は、セグメント磁路部56を通じてステータに磁石磁束を供給する。永久磁石3はセグメント磁路部56のステータ対向磁極面57のうち、周方向一方側に強く、周方向他方側に弱く磁石磁束を供給する。このようにすればリラクタンストルクのピーク位相角近傍における磁石トルクの落ち込みを抑制できるため、大きな合成トルクを実現することができる。
【選択図】図26
Description
(その他の変形態様)
本発明のPMシンクロナスモータは従来のPMシンクロナスモータと同じく位相角調整により電動機としても発電機としても使用することができる。その他、本発明のPMシンクロナスモータは、従来のPMシンクロナスモータと同様、アウターロータモータ方式、インナーロータ方式、リニアモータ方式で実現することができ、ラジアルギャップモータ方式、アキシャルギャップモータ方式により実現することができる。
本発明の好適な実施形態1の原理を図面を参照して説明する。以下の実施形態では、2極表面磁石インナーロータモデルにて説明しているが、ロータ磁極数や公知の種々のロータ形式への変更は自由であることはもちろんである。
(ロータの基本構造)
図1は、この実施形態のPMシンクロナスモータのロータの模式径方向断面図を示す。
低磁気抵抗部51、52をその両側の永久磁石3、4の一方側に偏らせた場合に生じる上記トルク増加効果についての本発明者の解析を以下に記載する。ただし、図1において。ステータ電流ベクトルiの方向をi軸とする。すなわちi軸位置においてステータ電流は最大値imaxとなるものとする。
(シミュレーション結果)
上記検討に基づく種々の実施例ロータ構造(実施ロータとも称する)のトルク波形のシミュレーション結果を以下に記載する。各実施ロータのステータ側の寸法、通電条件は同じとし、各実施ロータの内外径、ロータ長、磁石寸法、磁石特性は等しいとする。各実施ロータはSPM(表面磁石型)となっている。また、参考のために同一条件にてIPM(埋め込み磁石型)を作成してそのトルク波形を得た。このIPMのトルク波形の図示は省略するが、その合成トルクピーク値は369Nmであった。
第1群の実施例ロータのπ/4模式断面図を図2に示す。図2では、永久磁石3、4及び低磁気抵抗部51、52の周方向占有幅は15°とし、更に、永久磁石3、4の周方向反対側に追加の低磁気抵抗部を設けたものである。したがって、この追加の低磁気抵抗部の分だけギャップ(既述した非磁性体6の部分)の周方向幅が減少し、低磁気抵抗部51、52の周方向中心がずれることになる。aは追加の低磁気抵抗部51、52の周方向幅である。
第2群の実施例ロータのπ/4模式断面図を図7に示す。図7では、永久磁石3、4の周方向占有幅は15°とし、更に、低磁気抵抗部51、52の周方向占有幅を15°から周方向幅bだけ増大したものである。したがって、この低磁気抵抗部の増大した幅bだけギャップ(既述した非磁性体6の部分)の周方向幅が減少し、低磁気抵抗部51、52の周方向中心がずれることになる。
次に、具体的なロータ構造、特に永久磁石3、4の耐遠心力保持特性を強化したロータ構造を以下に説明する。なお、アウターロータ形式では永久磁石はロータの円筒状のヨークにより支持されるためこの問題はまったく生じない。
本発明の好適な実施形態2の原理を図26を参照して説明する。以下の実施形態では、8極埋込磁石インナーロータモデルにて説明しているが、ロータ磁極数や公知の種々のロータ形式への変更は自由であることはもちろんである。
図26は、この実施形態のPMシンクロナスモータの電気角π分の模式径方向断面図を示す。
セグメント磁路部56は、ステータ7の内周面に対して小さい電磁ギャップを挟んで対面する部分円筒面形状のステータ対向磁極面57を有している。突極部50も、ステータ7の内周面に対して小さい電磁ギャップを挟んで対面する部分円筒面形状のステータ対向磁極面を有している。
永久磁石の非対称配置に相当するm軸の周方向シフトは、上記した永久磁石の偏位(たとえば周方向移動)の他、永久磁石の形状変更によっても実施することができ、永久磁石の磁化方向の変更によっても実施することができる。
本発明の好適な実施形態3の原理を図27を参照して説明する。以下の実施形態では、8極埋込磁石インナーロータモデルにて説明しているが、ロータ磁極数や公知の種々のロータ形式への変更は自由であることはもちろんである。
図26に示すロータを用いたPMシンクロナスモータのシミュレーション結果を図28に、図27に示すロータを用いたPMシンクロナスモータのシミュレーション結果を図29に、図30に示す通常のPMシンクロナスモータ用ロータを用いたPMシンクロナスモータのシミュレーション結果を図31に示す。ただし、磁石磁束量、寸法などは等しいとした。ステータ電流は実効値で360A、回転数は1rpmとした。
その他、従来公知のIPMシンクロナスモータのロータにおいて、磁石位置やロータ内磁路形状を変更して上記と同様に実質的な磁石の周方向中心位置を磁気突極部に対して周方向へずらしてもよいこと。
(実施形態4)
本発明の好適な実施形態4を図32を参照して説明する。図32はIPMアウターロータにおいて永久磁石3を周方向にシフトした例を示す。この場合、耐遠心力性を確保しつつ、永久磁石3の周方向シフトが可能となるため、極めて実用性に優れる。
本発明の好適な実施形態5を図33を参照して説明する。図33は、IPMインナーロータにおいて、永久磁石3を周方向にシフトした例を示す。図33は、図32のアウタロータ型フラックスバリア磁石収容構造のロータ1をインナーロータ型に変更したものである。
本発明の好適な実施形態6を図34を参照して説明する。図34は、偶数個(図34では4個)の永久磁石3が放射状に配置された公知のスポーク型IPMロータにおいて、ロータコア5は、フラックスバリア60と、フラックスバリア60と永久磁石3との間にいわゆる磁気突極部をなす突極部50A、50Bとを有する。突極部50Aは、永久磁石3の一対の磁極面600、601のうち反時計方向側の磁極面600に近接する磁気突極部であり、突極部50Bは、永久磁石3の一対の磁極面600、601のうち時計方向側の磁極面601に近接する磁気突極部である。この実施形態では、フラックスバリア60は、永久磁石3の磁極面600に近接し、磁極面601から離れて配置される。これにより、突極部50Aの周方向幅は狭く、突極部50Bの周方向幅は広く形成されている。
本発明の好適な実施形態7を図35を参照して説明する。図35は、図2において、永久磁石3が略周方向に磁石磁束を出すようにしたもでである。図35において矢印は磁石磁束の方向を示す。永久磁石3が磁石磁束を周方向へ出すという意味において、図35は、永久磁石3が径方向に配置される一種のスポーク型ロータであり、従来のスポーク型ロータのロータコアに対して、永久磁石3の径方向内側の軟磁性ロータ部分を省略した点と、周方向に隣り合う2つの永久磁石3、3の間に位置してロータコア5の外周面に溝部(凹部)9を設けた点にその特徴がある。
図35のロータモデルにおいて、突極部58、59の周方向幅を変更した場合のトルク変化を図36に示す。図36はシミュレーションにて求めた。図35において、永久磁石3の厚さすなわち周方向幅と、突極部58の周方向幅Bと、突極部59の周方向幅Aとの合計は一定とした。
変形態様を図37を参照して説明する。この変形態様を図35に示す永久磁石3を、所定の磁石傾斜角度θだけ傾けた点にその特徴をもつ。永久磁石3を傾斜させることにより、その両側の突極部58、59における磁石磁束の流れが偏り、その影響により電流磁束の流れが偏るため、マグネットトルクとリラクタンストルクとを変更することができる。
図37のロータモデルにおいて、永久磁石3の磁石傾斜角度θを変更した場合のトルク変化を図38に示す。図38はシミュレーションにて求めた。図37において、永久磁石3の径方向内端部を、周方向幅が狭い突極部58の側に傾けた。つまり、突極部58、59の外周面部の周方向幅は図35に対して変更しなかった。図38は、ある電流位相角での磁石傾斜角度θとリラクタンストルクと磁石トルクと総合トルク(トータルトルク)との関係を示す。図36から、周方向幅AとBとの差(AーB)を正方向へ増大するとリラクタンストルクが増大し、負方向に増大するとマグネットトルクが増大することがわかる。磁石傾斜角度θが正向きに増大すると、リラクタンストルクが減少し、磁石トルクが増大することがわかる。
変形態様を図39を参照して説明する。
1 ロータ
2 回転軸
3 永久磁石
4 永久磁石
5 ロータコア
6 非磁性体
7 ステータ
8 磁気分離部
30 磁石磁極部
31 永久磁石
32 永久磁石
40 磁石磁極部
50 突極部
51 低磁気抵抗部
52 低磁気抵抗部
53 円筒ヨーク部(ヨーク部)
54 磁気突極部
55 磁気突極部
56 セグメント磁路部
57 ステータ対向磁極面
71 スロット
72 ティース
(実施形態3、4)
1 ロータ
3 永久磁石
6 非磁性体
31 永久磁石
32 永久磁石
50 突極部
56 セグメント磁路部
60 フラックスバリア
(実施形態5)
1 ロータ
3 永久磁石
6 非磁性体
50 突極部
60 フラックスバリア
(実施形態6)
3 永久磁石
5 ロータコア
50A 突極部
50B 突極部
60 フラックスバリア
502 外周面
502 外周面部
503 外周面部
600 磁極面
601 磁極面
(実施形態7)
1 ロータ
3 永久磁石
5 ロータコア
7 ステータ
9 溝
56 軟磁性磁路部
57 継鉄部
58 低磁気抵抗部(突極部)
59 低磁気抵抗部(突極部)
500 楔部
700 非磁性の円筒部
Claims (7)
- 軟磁性を有して電気角π毎にステータの周面に向けて突出する複数の突極部とこれら突極部の反ステータ側の部位を磁気的に連結する軟磁性のヨーク部とを有してリラクタンストルクを発生させる低磁気抵抗部と、
前記ステータの周面に対面するステータ対向磁極面を有して周方向における前記突極部間に介設される軟磁性のセグメント磁路部と、
前記低磁気抵抗部と前記セグメント磁路部との間に形成されて前記低磁気抵抗部と前記セグメント磁路部とを磁気的に分離する磁気分離部と、
前記磁気分離部に収容されて一対の磁極面の一方が前記セグメント磁路部に他方が前記低磁気抵抗部に接して前記セグメント磁路部を磁化する永久磁石と、を備えるPMシンクロナスモータにおいて、
前記永久磁石は、
前記セグメント磁路部の前記ステータ対向磁極面の周方向一方側をその周方向他方側よりも強く磁化する位置に配置されていることを特徴とするPMシンクロナスモータ。 - 請求項1記載のPMシンクロナスモータにおいて、
前記永久磁石は、互いに周方向に隣接する一対の前記突極部の間の周方向中間点を基準として非対称に配置されているPMシンクロナスモータ。 - 請求項1又は2記載のPMシンクロナスモータにおいて、
前記セグメント磁路部は、互いに周方向に隣接する一対の前記突極部の周方向中間点を基準として非対称に形成されているPMシンクロナスモータ。 - 請求項1乃至3のいずれか記載のPMシンクロナスモータにおいて、
前記ロータは前記ステータの径方向外側に配置されるアウタロータ構造を有しているPMシンクロナスモータ。 - 周方向へ電気角π毎に極性交互に配置されて磁石磁束を略周方向へ流す偶数個の永久磁石と、周方向に隣り合う2つの永久磁石の間を磁気的に接続する軟磁性磁路部とを有するPMシンクロナスモータにおいて、
前記軟磁性磁路部は、周方向両端部にてステータの周面に個別に対面する一対の低磁気抵抗部と、前記一対の低磁気抵抗部の間に配置されて磁束が周方向へ流れるのを許容し、磁束が径方向に流れるのを抑止する向きに延在する継鉄部と、を有することを特徴とするPMシンクロナスモータ。 - 請求項5記載のPMシンクロナスモータにおいて、
前記継鉄部は、前記ステータの周面から遠ざかる向きに凹設された溝部により構成されているPMシンクロナスモータ。 - 請求項6記載のPMシンクロナスモータにおいて、
前記継鉄部は、周方向へ延在するフラックバリアにより構成されているPMシンクロナスモータ。
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